EP1503133A2 - Heat-insulated member - Google Patents

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EP1503133A2
EP1503133A2 EP04016330A EP04016330A EP1503133A2 EP 1503133 A2 EP1503133 A2 EP 1503133A2 EP 04016330 A EP04016330 A EP 04016330A EP 04016330 A EP04016330 A EP 04016330A EP 1503133 A2 EP1503133 A2 EP 1503133A2
Authority
EP
European Patent Office
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component according
skin
outer skin
inner skin
separating layer
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Granted
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EP04016330A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1503133A3 (en
EP1503133B1 (en
Inventor
Arno. Bühler
Peter. Bechtel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isolite GmbH
Original Assignee
G and H Isolite GmbH
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Publication date
Application filed by G and H Isolite GmbH filed Critical G and H Isolite GmbH
Publication of EP1503133A2 publication Critical patent/EP1503133A2/en
Publication of EP1503133A3 publication Critical patent/EP1503133A3/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/07—Arrangements using an air layer or vacuum the air layer being enclosed by one or more layers of insulation

Definitions

  • the invention relates to a thermally insulated, a certain operating temperature requiring component, in particular an exhaust manifold, an exhaust pipe or a Exhaust system of an internal combustion engine, with a thermal insulation between an inner skin and an outer skin is provided.
  • the invention is therefore based on the object to provide a thermally insulated component, which is able to control the temperature to reach and hold a to improve certain operating temperature.
  • the inventive design creates a thermally insulated component, on the one hand has a low heat capacity, i. little energy needed for his own warming, and the other hand, a very good Thermal insulation offers, so that the operating temperature is maintained even within narrow limits can be.
  • the component according to the invention reaches with respect to FaserdämmMechn provided components, for example in the form of exhaust manifolds, faster the operating temperature, which benefits the application in motor construction comes, in particular automobiles in the changing part-load range, so predominantly transient, operated, which ultimately leads to a higher efficiency. Due to the fact that the component according to the invention faster the operating temperature achieved, the efficiency and the light-off behavior of the catalyst or other Nachschaltaggregate compared to the simple air gap manifold improved become.
  • exhaust gases leading components such as exhaust manifold, exhaust pipes or exhaust gas subsystems created, which have a negligible heat capacity, the lowest possible surface temperatures in the operating state on the outside of the component have, whose weight is significantly reduced, the fastest possible to achieve ensure the "required" operating temperature and not least a reduced Have structure-borne sound transmission.
  • Another advantage of this invention is that, in contrast to comparable Components with an incorporated Dämmkorpus in this invention Component the danger of blowing out of the insulating body is not given.
  • This component according to the invention contribute significantly to the vehicle weight, the engine compartment temperature, the cooling effort, the heat capacity, reduce pollutant emissions and fuel consumption. simultaneously becomes the energy supply for the Nachschaltaggregate such as catalyst, soot filter etc. significantly improved and thus contributes significantly to increase the overall efficiency at.
  • the heat capacity of the component is determined by one or more measures according to claims 2 to 7 further improved. Furthermore, this is also the Weight of the component reduced.
  • the proportion of radiant heat after is discharged outside, further reduced. Due to the fact that the surface roughness of the High gloss level release layer is as low as possible becomes the highest level achieved by reducing the heat radiation from the hot gas leading area to the outside.
  • the claims 9 to 11 describe particularly preferred measure, the predetermined Maintain thickness of the air layers.
  • the assembly of the component is further facilitated.
  • the claims 13 to 15 describe preferred structural embodiments of the Compensation of unavoidable thermal expansion. Especially those with the hot ones Media immediately in contact inner skin can, depending on the requirement for Compensation of thermal expansion gas-tight with elastic corrugations or with Sliding seats (e.g., labyrinth slide seats) may be designed.
  • Claim 16 describes a particularly preferred structural design of the component according to the invention.
  • Claims 17 and 18 describe particularly preferred uses of the component according to the invention.
  • an inventive component 1 is shown as part of a Hot gas-carrying line, in particular as exhaust manifold of an internal combustion engine is formed, and has the usual adapted to this purpose Shape, for example, with connection piece 1a, and dimension on.
  • the component 1 is in the illustrated embodiment of a directly with the Exhaust gas contacting inner skin 2 and a spaced therefrom Outer skin 3, between which a thermal insulation is arranged.
  • the thermal insulation 4 consists of several layers of air, shown are two layers of air 5a and 5b, which are separated by a separating layer 6.
  • Around Connecting piece 1 a run outer skin 3, separating layer 6 and inner skin 2 with elimination the air layers 5a, 5b together.
  • the separating layer 6 is preferably as far as possible by means of a spacing device 7 constant distance to the inner skin 2 and the outer skin 3, e.g. each 3 mm, held.
  • This spacer device 7, as shown in FIGS. 4 and 5, by Projections are formed, which, as shown in FIG. 4, in the form of dome 8 in the release layer 6 are embossed.
  • the domes 8 can either only partially or be provided over the entire surfaces of the separation layer 6 and stand from both surfaces of the release layer 6, so that the distance to both the inner skin 2 and the outer skin 3 is determined.
  • the spacer 7 can also, as shown in FIG. 5, formed by wavy bands 9 be, each one of the wavebands between inner shell 2 and Separating layer 6 and another wave band 9 between separating layer 6 and the outer shell 3, preferably partially, is interposed to the predetermined strength of Air layers 5a, 5b ensure.
  • the compensation device 10 can as a simple sliding seat 11, as shown in Fig. 1 is, be formed, wherein in the present embodiment, the inner shell 2 is divided and one of the end portions 2a of the inner shell 2 has been widened, so in sliding sliding fit over the other end region 2b of the inner shell 2 can be pushed over a sufficiently large, axial area, so that Thermal expansion can be compensated without the parts 2a, 2b separate.
  • the compensation device 10 is through formed a labyrinthine sliding seat 12, resulting in a more gas-tight Connection leads.
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a compensation device 10, the here consists of an intermediate piece 13, which held with the two at a distance Ends 2a, 2b of the inner shell is connected and bridges this distance.
  • the Intermediate piece 13 is embossed with circumferentially extending corrugations or convolutions provided in an axial movement of the inner shell 2 bulge or stretch, in order to compensate for thermal expansion.
  • the inventive component 1 with its inner skin 2, its outer skin 3 and the Separating layer 6 is preferably made entirely of metal in the form of sheet metal, which relatively thin wall thicknesses and thus results in a low heat capacity.
  • the material for inner and outer skin and release layer is in accordance with the thermal or corrosive loads selected during operation.
  • a thermal Load of the inner skin depending on the engine power in the range between 600 ° C and 1000 ° C, is for the inner skin and the parts of the compensation device
  • the separating layer 6 is preferably made of a film, in particular Metal foil, expediently also from one of these high-temperature stainless steels or aluminum, and is in its material thickness at about 25 microns to 150th microns.
  • the outer skin 3 can be made of one of these high-temperature stainless steels be, here the material thickness is preferably 0.4 to 2 mm.
  • Preferred high-temperature stainless steels are, for example, Inconel® or Nimonic® or the like.
  • ferritic steel of the material number 1.4713 is also suitable to 1.4762.
  • the materials used for the release layer 6, i. especially the metal foil, should at least on their inner skin 2 facing surface a small Surface roughness and a high degree of gloss (3D) to the proportion of Reduce radiant heat in addition.
  • 3D a high degree of gloss
  • the inner skin, the outer skin and the film of the release layer can be thermoformed are produced, wherein preferably at the same time parts of the spacer device 7 and the compensation device 10 are formed with.
  • the intermediate piece 13 can first be produced as a fitting, then in the corrugations be formed for example by a hydroforming process.
  • the inner skin and the release layer are joined together to form a unit then used in a suitably designed outer skin.
  • the Component with the inventively designed at least two-layer air insulation be adapted to any purpose.
  • the field of application of the invention Component is neither on hot gas pipes still on parts of a Exhaust system still limited to exhaust gas-carrying parts of internal combustion engines, but can be used wherever similar problems or Loads occur.
  • the two air layers of the described embodiment represent the minimum.
  • Use three or more layers of air, each through Separating layers, which are preferably thin like a film, are delimited against each other. Both the spacer and the compensation of thermal expansion can carried out by other measures known in the art.
  • Neither the outer skin nor the inner skin nor the separation layer must necessarily be made of metal, too if preferred for the main use as an exhaust manifold. Other suitable materials may also be used.

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Abstract

The exhaust pipe (1) has an inner shell (2) and an outer shell (3) separated by thermal insulation (4) comprising at least two layers of air (5a, 5b) separated by a partition layer (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein wärmegedämmtes, eine bestimmte Betriebstemperatur erforderndes Bauteil, insbesondere ein Auslasskrümmer, ein Abgasrohr oder ein Abgasteilsystem eines Verbrennungsmotors, wobei eine Wärmedämmung zwischen einer Innenhaut und einer Außenhaut vorgesehen ist.The invention relates to a thermally insulated, a certain operating temperature requiring component, in particular an exhaust manifold, an exhaust pipe or a Exhaust system of an internal combustion engine, with a thermal insulation between an inner skin and an outer skin is provided.

Abgasführende Bauteile für Verbrennungsmotoren, bei denen Katalysatoren oder Rußfilter oder ähnliche Nachschaltaggregate vorgesehen sind, die erst bei einer bestimmten Betriebstemperatur ihre optimale Wirksamkeit entfalten, wurden bislang entweder durch einen Faserkorpus oder durch einen einfachen Luftspalt wärmegedämmt. Die Dämmung durch einen einfachen Luftspalt hat sich als nicht befriedigend erwiesen, da man den Einfluss der Strahlungswärme, der mit Erhöhung der Temperatur stark zunimmt, unterschätzt und demzufolge vernachlässigt hat. Dies führt dazu, dass die Oberflächentemperatur bzw. der Wärmeübergang nicht in dem gewünschten Maße eintritt und zu viel Energie verloren geht, was sich insbesondere im laufenden Betrieb nachteilig auf den Betrieb der Nachschaltaggregate auswirken kann.Exhaust gas components for internal combustion engines, in which catalysts or Soot filter or similar Nachschaltaggregate are provided, the only at a certain Operating temperature to develop their optimal effectiveness have been so far thermally insulated either by a fibrous body or by a simple air gap. The insulation by a simple air gap has proved to be unsatisfactory proved, given the influence of radiant heat, with increasing temperature strongly increased, underestimated and therefore neglected. This leads to, that the surface temperature or the heat transfer is not in the desired Measures occur and too much energy is lost, which is especially in the current Operation may adversely affect the operation of Nachschaltaggregate.

Die Dämmung durch Dämmstofffasern ist einerseits aufwendig und birgt andererseits die Gefahr, dass die Fasern ausgeblasen werden. Zwar ist die Wärmedämmwirkung eines herkömmlichen Faserkorpus zufriedenstellend, durch die höhere Wärmekapazität des Faserkorpus wird jedoch in der Anlaufphase die Betriebstemperatur in den Nachschaltaggregaten zu spät erreicht.The insulation by Dämmstofffasern is on the one hand consuming and harbors the other the risk of the fibers being blown out. Although the thermal insulation effect of a conventional fiber body satisfactory, by the higher heat capacity However, the fibrous body is in the startup phase, the operating temperature in the Nachschaltaggregaten reached too late.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein wärmegedämmtes Bauteil bereitzustellen, das in der Lage ist, den Temperaturverlauf zum Erreichen und Halten einer bestimmten Betriebstemperatur zu verbessern.The invention is therefore based on the object to provide a thermally insulated component, which is able to control the temperature to reach and hold a to improve certain operating temperature.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is solved by the features specified in claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein wärmegedämmtes Bauteil geschaffen, das einerseits eine niedrige Wärmekapazität aufweist, d.h. wenig Energie für seine eigene Erwärmung benötigt, und das andererseits jedoch eine sehr gute Wärmedämmung bietet, so dass die Betriebstemperatur auch in engen Grenzen aufrechterhalten werden kann. Das erfindungsgemäße Bauteil erreicht gegenüber mit Faserdämmkörpern versehenen Bauteilen, beispielsweise in Form von Auslasskrümmern, schneller die Betriebstemperatur, was der Anwendung im Motorbau zugute kommt, da insbesondere Automobile im wechselnden Teillastbereich, also vorwiegend instationär, betrieben werden, was letztlich aus zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Durch die Tatsache, dass das erfindungsgemäße Bauteil schneller die Betriebstemperatur erreicht, kann der Wirkungsgrad und das Anspringverhalten des Katalysators bzw. anderer Nachschaltaggregate gegenüber dem einfachen Luftspaltkrümmer verbessert werden.The inventive design creates a thermally insulated component, on the one hand has a low heat capacity, i. little energy needed for his own warming, and the other hand, a very good Thermal insulation offers, so that the operating temperature is maintained even within narrow limits can be. The component according to the invention reaches with respect to Faserdämmkörpern provided components, for example in the form of exhaust manifolds, faster the operating temperature, which benefits the application in motor construction comes, in particular automobiles in the changing part-load range, so predominantly transient, operated, which ultimately leads to a higher efficiency. Due to the fact that the component according to the invention faster the operating temperature achieved, the efficiency and the light-off behavior of the catalyst or other Nachschaltaggregate compared to the simple air gap manifold improved become.

Zwar ist es bekannt, Bauteile mit mehreren, voneinander getrennten Luftschichten zu dämmen, beispielsweise aus der EP 33 487 A1, der EP 36 165 A1, der DE 38 25 520 A1 oder der DE-OS 25 21 163, dort wurde diese Art der Wärmedämmung jedoch nur für Bauteile eingesetzt, bei denen es allein um die Verhinderung der Abkühlung im laufenden Betrieb geht, oder bei denen die Möglichkeit geschaffen werden soll, beispielsweise für Kernkraftanlagen, die wärmegedämmten Bauteile samt Wärmedämmung gegebenenfalls fluten zu können.Although it is known to components with several separate air layers insulate, for example from EP 33 487 A1, EP 36 165 A1, DE 38 25 520 A1 or DE-OS 25 21 163, there was this type of insulation but only used for components that are solely for the prevention of cooling in the ongoing operation, or where the opportunity is to be created, for example for nuclear power plants, the thermally insulated components including thermal insulation if necessary flood.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat jedoch noch weitere Vorteile. So werden beispielsweise Abgase führende Bauteile wie Abgaskrümmer, Abgasrohre oder Abgasteilsysteme geschaffen, die eine vernachlässigbare Wärmekapazität aufweisen, die geringst mögliche Oberflächentemperaturen im Betriebszustand am Bauteiläußeren aufweisen, deren Gewicht erheblich reduziert ist, die schnellst möglicht ein Erreichen der "erforderlichen" Betriebstemperatur gewährleisten und nicht zuletzt eine verringerte Körperschallübertragung aufweisen.However, the embodiment of the invention has even more advantages. So be For example, exhaust gases leading components such as exhaust manifold, exhaust pipes or exhaust gas subsystems created, which have a negligible heat capacity, the lowest possible surface temperatures in the operating state on the outside of the component have, whose weight is significantly reduced, the fastest possible to achieve ensure the "required" operating temperature and not least a reduced Have structure-borne sound transmission.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass im Gegensatz zu vergleichbaren Bauteilen mit einem eingebrachten Dämmkorpus bei diesem erfindungsgemäßen Bauteil die Gefahr des Ausblasens des Dämmkorpus nicht gegeben ist.Another advantage of this invention is that, in contrast to comparable Components with an incorporated Dämmkorpus in this invention Component the danger of blowing out of the insulating body is not given.

Bei diesem erfindungsgemäßen Bauteil wird die Tatsache genutzt, dass der Effekt der Strahlungsreflexion der Edelstahlfolien bei höheren Temperaturen immer stärker dominiert, während der Konvektionsanteil wegen der mit steigender Temperatur zäher fließenden Luft immer geringer wird.In this component according to the invention the fact is used that the effect of Radiation reflection of stainless steel foils increasingly dominated at higher temperatures, while the convection part is tougher due to the rising temperature flowing air gets smaller and smaller.

Die Eigenschaften dieses erfindungsgemäßen Bauteils tragen entscheidend dazu bei, das Fahrzeuggewicht, die Motorraumtemperatur, den Kühlaufwand, die Wärmekapazität, die Schadstoffemissionen sowie den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Gleichzeitig wird die Energiezuführung für die Nachschaltaggregate wie Katalysator, Rußfilter etc. erheblich verbessert und trägt somit entscheidend zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades bei.The properties of this component according to the invention contribute significantly to the vehicle weight, the engine compartment temperature, the cooling effort, the heat capacity, reduce pollutant emissions and fuel consumption. simultaneously becomes the energy supply for the Nachschaltaggregate such as catalyst, soot filter etc. significantly improved and thus contributes significantly to increase the overall efficiency at.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Die Wärmekapazität des Bauteils wird durch eine oder durch mehrere Maßnahmen nach den Ansprüchen 2 bis 7 weiter verbessert. Weiterhin wird dadurch auch das Gewicht des Bauteils reduziert.The heat capacity of the component is determined by one or more measures according to claims 2 to 7 further improved. Furthermore, this is also the Weight of the component reduced.

Durch die Maßnahme nach Anspruch 8 wird der Anteil der Strahlungswärme, die nach außen abgegeben wird, weiter verringert. Dadurch, dass die Oberflächenrauigkeit der Trennschicht mit hohem Glanzgrad so gering wie möglich ist, wird ein höchstes Maß an Minderung der Wärmestrahlung vom heißgasführenden Bereich nach außen erreicht.By the measure according to claim 8, the proportion of radiant heat after is discharged outside, further reduced. Due to the fact that the surface roughness of the High gloss level release layer is as low as possible becomes the highest level achieved by reducing the heat radiation from the hot gas leading area to the outside.

Die Ansprüche 9 bis 11 beschreiben besonders bevorzugte Maßnahme, die vorbestimmte Dicke der Luftschichten aufrechtzuerhalten.The claims 9 to 11 describe particularly preferred measure, the predetermined Maintain thickness of the air layers.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 12 wird die Montage des Bauteils weiter erleichtert.The embodiment according to claim 12, the assembly of the component is further facilitated.

Die Ansprüche 13 bis 15 beschreiben bevorzugte konstruktive Ausgestaltungen zum Ausgleich der unvermeidlichen Wärmedehnungen. Insbesondere die mit den heißen Medien unmittelbar in Kontakt stehende Innenhaut kann je nach Anforderung zur Kompensation der Wärmeausdehnungen gasdicht mit elastischen Wellungen oder mit Schiebsitzen (z.B. Labyrinthschiebesitze) gestaltet sein. The claims 13 to 15 describe preferred structural embodiments of the Compensation of unavoidable thermal expansion. Especially those with the hot ones Media immediately in contact inner skin can, depending on the requirement for Compensation of thermal expansion gas-tight with elastic corrugations or with Sliding seats (e.g., labyrinth slide seats) may be designed.

Anspruch 16 beschreibt eine besonders bevorzugte, konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils.Claim 16 describes a particularly preferred structural design of the component according to the invention.

Die Ansprüche 17 und 18 beschreiben besonders bevorzugte Verwendungszwecke des erfindungsgemäßen Bauteils.Claims 17 and 18 describe particularly preferred uses of the component according to the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2
einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3
einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4
einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 5
einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1
a longitudinal section through a first embodiment of the present invention,
Fig. 2
a longitudinal section through a second embodiment of the invention,
Fig. 3
a longitudinal section through a third embodiment of the invention,
Fig. 4
a cross section through a further embodiment of the invention, and
Fig. 5
a cross section through a further embodiment of the invention.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 dargestellt, das als Teil einer heißgasführenden Leitung, insbesondere als Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, und weist die an diesen Verwendungszweck angepasste, übliche Form, beispielsweise mit Anschlussstutzen 1a, und Abmessung auf.1 to 5, an inventive component 1 is shown as part of a Hot gas-carrying line, in particular as exhaust manifold of an internal combustion engine is formed, and has the usual adapted to this purpose Shape, for example, with connection piece 1a, and dimension on.

Das Bauteil 1 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer direkt mit dem Abgas in Kontakt stehende Innenhaut 2 und einer im Abstand dazu angeordneten Außenhaut 3, zwischen denen eine Wärmedämmung angeordnet ist. Die Wärmedämmung 4 besteht aus mehreren Luftschichten, dargestellt sind zwei Luftschichten 5a und 5b, die durch eine Trennschicht 6 voneinander getrennt sind. Im Bereich der Anschlussstutzen 1 a laufen Außenhaut 3, Trennschicht 6 und Innenhaut 2 unter Eliminierung der Luftschichten 5a, 5b zusammen.The component 1 is in the illustrated embodiment of a directly with the Exhaust gas contacting inner skin 2 and a spaced therefrom Outer skin 3, between which a thermal insulation is arranged. The thermal insulation 4 consists of several layers of air, shown are two layers of air 5a and 5b, which are separated by a separating layer 6. Around Connecting piece 1 a run outer skin 3, separating layer 6 and inner skin 2 with elimination the air layers 5a, 5b together.

Die eine oder die Vielzahl von Trennschichten 6 können je nach Bauraumverhältnissen im konkreten Anwendungsfall, in variierenden Abständen untereinander und zur Innen- bzw. Außenhaut platziert werden.The one or the plurality of separating layers 6, depending on space conditions in a concrete case of application, at varying intervals between each other and for Inner or outer skin are placed.

Bevorzugt ist die Trennschicht 6 durch eine Abstandseinrichtung 7 im möglichst gleichbleibenden Abstand zur Innenhaut 2 und zur Außenhaut 3, z.B. jeweils 3 mm, gehalten. Diese Abstandseinrichtung 7 kann, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, durch Vorsprünge gebildet werden, die wie Fig. 4 zeigt, in Form von Kalotten 8 in die Trennschicht 6 eingeprägt werden. Die Kalotten 8 können entweder nur bereichsweise oder über die gesamten Oberflächen der Trennschicht 6 vorgesehen werden und stehen von beiden Oberflächen der Trennschicht 6 vor, so dass der Abstand sowohl zur Innenhaut 2 als auch zur Außenhaut 3 festgelegt wird.The separating layer 6 is preferably as far as possible by means of a spacing device 7 constant distance to the inner skin 2 and the outer skin 3, e.g. each 3 mm, held. This spacer device 7, as shown in FIGS. 4 and 5, by Projections are formed, which, as shown in FIG. 4, in the form of dome 8 in the release layer 6 are embossed. The domes 8 can either only partially or be provided over the entire surfaces of the separation layer 6 and stand from both surfaces of the release layer 6, so that the distance to both the inner skin 2 and the outer skin 3 is determined.

Der Abstandshalter 7 kann jedoch auch, wie Fig. 5 zeigt, durch Wellenbänder 9 gebildet werden, wobei jeweils eines der Wellenbänder zwischen Innenschale 2 und Trennschicht 6 und ein anderes Wellenband 9 zwischen Trennschicht 6 und der Außenschale 3, bevorzugt partiell, zwischengelegt ist, um die vorbestimmte Stärke der Luftschichten 5a, 5b sicherzustellen.However, the spacer 7 can also, as shown in FIG. 5, formed by wavy bands 9 be, each one of the wavebands between inner shell 2 and Separating layer 6 and another wave band 9 between separating layer 6 and the outer shell 3, preferably partially, is interposed to the predetermined strength of Air layers 5a, 5b ensure.

Zum Ausgleich der unvermeidlichen Wärmedehnungen ist weiterhin eine Kompensationseinrichtung 10 vorgesehen, die in den Fig. 1 bis 3 näher dargestellt ist. Die Kompensationseinrichtung 10 kann als einfacher Schiebesitz 11, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ausgebildet sein, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Innenschale 2 geteilt ist und einer der Endbereiche 2a der Innenschale 2 aufgeweitet wurde, so dass er in gleitendem Schiebesitz über den anderen Endbereich 2b der Innenschale 2 über einen ausreichend großen, axialen Bereich geschoben werden kann, so dass Wärmedehnungen ausgeglichen werden können, ohne dass sich die Teile 2a, 2b trennen. To compensate for the unavoidable thermal expansion is still a compensation device 10 is provided, which is shown in more detail in FIGS. 1 to 3. The compensation device 10 can as a simple sliding seat 11, as shown in Fig. 1 is, be formed, wherein in the present embodiment, the inner shell 2 is divided and one of the end portions 2a of the inner shell 2 has been widened, so in sliding sliding fit over the other end region 2b of the inner shell 2 can be pushed over a sufficiently large, axial area, so that Thermal expansion can be compensated without the parts 2a, 2b separate.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Kompensationseinrichtung 10 durch einen labyrinthischen Schiebesitz 12 gebildet, was zu einer stärker gasdichtenden Verbindung führt. Beim labyrinthischen Schiebesitz 12 sind die beiden gegeneinander verschiebbaren Teile 2a, 2b der Innenschale 2 gefaltet überlappt.In the embodiment of FIG. 2, the compensation device 10 is through formed a labyrinthine sliding seat 12, resulting in a more gas-tight Connection leads. The labyrinthine sliding seat 12, the two against each other slidable parts 2a, 2b of the inner shell 2 overlaps folded.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kompensationseinrichtung 10, die hier aus einem Zwischenstück 13 besteht, das mit den beiden auf Abstand gehaltenen Enden 2a, 2b der Innenschale verbunden ist und diesen Abstand überbrückt. Das Zwischenstück 13 ist mit eingeprägten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wellungen oder Faltungen versehen, die sich bei einer axialen Bewegung der Innenschale 2 aufwölben oder strecken können, um auf diese Weise Wärmedehnungen auszugleichen.Fig. 3 shows a third embodiment of a compensation device 10, the here consists of an intermediate piece 13, which held with the two at a distance Ends 2a, 2b of the inner shell is connected and bridges this distance. The Intermediate piece 13 is embossed with circumferentially extending corrugations or convolutions provided in an axial movement of the inner shell 2 bulge or stretch, in order to compensate for thermal expansion.

In einem Abgaskrümmer treten sehr hohe Temperaturdifferenzen zwischen Umgebungstemperatur und Abgastemperatur auf. Die thermischen Änderungen des Abgaskrümmers erzeugen hohe Ausdehnungen des abgasführenden Elementes. In einem erfindungsgemäßen Bauteil ergibt sich ein Abgaskrümmer, der die stark variierenden Temperaturen und die sich dadurch ergebenden großen thermischen Ausdehnungen problemlos in den elastischen Wellungen aufnehmen kann. Diese Wellungen in den Wandungen können als Formstücke gefertigt werden, die anschließend durch z.B. Innenhochdruckumformverfahren umgeformt werden.In an exhaust manifold very high temperature differences occur between ambient temperature and exhaust gas temperature. The thermal changes of the exhaust manifold generate high expansions of the exhaust gas-carrying element. In one Component according to the invention results in an exhaust manifold, which varies greatly Temperatures and the resulting large thermal expansions can easily absorb in the elastic corrugations. These curls in the walls can be manufactured as fittings, which then by e.g. Hydroforming be reformed.

Das erfindungsgemäße Bauteil 1 mit seiner Innenhaut 2, seiner Außenhaut 3 und der Trennschicht 6 besteht bevorzugt vollständig aus Metall in Form von Metallblech, was relativ dünne Wandstärken und somit eine geringe Wärmekapazität ergibt. Das Material für Innen- und Außenhaut sowie Trennschicht wird gemäß den thermischen bzw. korrosiven Belastungen im Betrieb ausgewählt. Für eine Verwendung im Abgassystem von Verbrennungsmaschinen, insbesondere Auspuffkrümmem, mit einer thermischen Belastung der Innenhaut, die je nach Motorleistung im Bereich zwischen 600°C und 1000°C liegt, ist für die Innenhaut und die Teile der Kompensationseinrichtung ein hochwarmfester austenitischer und/oder ferritischer Stahl mit geringen Ausdehnungskoeffizienten in einer Materialstärke zwischen 0,4 bis 1,5, insbesondere 0,4 bis 1,2 mm, bevorzugt. Die Trennschicht 6 besteht bevorzugt aus einer Folie, insbesondere Metallfolie, zweckmäßigerweise ebenfalls aus einem dieser hochwarmfestem Edelstähle oder aus Aluminium, und liegt in ihrer Materialstärke bei etwa 25 µm bis 150 µm. Auch die Außenhaut 3 kann aus einem dieser hochwarmfesten Edelstähle gefertigt werden, hier liegt die Materialstärke bevorzugt bei 0,4 bis 2 mm.The inventive component 1 with its inner skin 2, its outer skin 3 and the Separating layer 6 is preferably made entirely of metal in the form of sheet metal, which relatively thin wall thicknesses and thus results in a low heat capacity. The material for inner and outer skin and release layer is in accordance with the thermal or corrosive loads selected during operation. For use in the exhaust system combustion engines, in particular exhaust manifolds, with a thermal Load of the inner skin, depending on the engine power in the range between 600 ° C and 1000 ° C, is for the inner skin and the parts of the compensation device Highly heat-resistant austenitic and / or ferritic steel with low expansion coefficients in a material thickness between 0.4 to 1.5, in particular 0.4 to 1.2 mm, preferred. The separating layer 6 is preferably made of a film, in particular Metal foil, expediently also from one of these high-temperature stainless steels or aluminum, and is in its material thickness at about 25 microns to 150th microns. The outer skin 3 can be made of one of these high-temperature stainless steels be, here the material thickness is preferably 0.4 to 2 mm.

Bevorzugte hochwarmfeste Edelstähle sind beispielsweise Inconel® oder Nimonic® oder dgl. Es eignet sich jedoch auch ferritischer Stahl der Werkstoffnummem 1.4713 bis 1.4762.Preferred high-temperature stainless steels are, for example, Inconel® or Nimonic® or the like. However, ferritic steel of the material number 1.4713 is also suitable to 1.4762.

Die für die Trennschicht 6 verwendeten Materialien, d.h. insbesondere die Metallfolie, sollte zumindest auf ihrer der Innenhaut 2 zugewandten Oberfläche eine geringe Oberflächenrauigkeit und einen hohen Glanzgrad (3D) aufweisen, um den Anteil der Strahlungswärme zusätzlich zu verringern. Es sei daran erinnert, dass der Anteil der Strahlungswärme an der Gesamtabgabe der Wärmeenergie bei höheren Temperaturen immer stärker dominiert, während der Konvektionsanteil wegen der mit steigender Temperatur zäher fließenden Luft immer geringer wird. Eine Verringerung des Strahlungsanteils der Wärmeabgabe, beispielsweise durch die beschriebene, geringe Oberflächenrauigkeit, bringt bei höheren Temperaturen demzufolge den größeren Effekt im Hinblick auf eine effektive Wärmedämmung.The materials used for the release layer 6, i. especially the metal foil, should at least on their inner skin 2 facing surface a small Surface roughness and a high degree of gloss (3D) to the proportion of Reduce radiant heat in addition. It should be remembered that the proportion of Radiant heat at the total output of heat energy at higher temperatures increasingly dominated, while the convection share because of rising with Temperature tougher flowing air is getting lower. A reduction of the radiation component the heat release, for example by the described, low surface roughness, Consequently, at higher temperatures brings the greater effect in terms of effective thermal insulation.

Die Innenhaut, die Außenhaut und die Folie der Trennschicht können im Tiefziehverfahren hergestellt werden, wobei bevorzugt gleichzeitig Teile der Abstandseinrichtung 7 bzw. der Kompensationseinrichtung 10 mit angeformt werden. Das Zwischenstück 13 kann zunächst als Formstück hergestellt werden, in das anschließend die Wellungen beispielsweise durch ein Innenhochdruckumformverfahren eingeformt werden.The inner skin, the outer skin and the film of the release layer can be thermoformed are produced, wherein preferably at the same time parts of the spacer device 7 and the compensation device 10 are formed with. The intermediate piece 13 can first be produced as a fitting, then in the corrugations be formed for example by a hydroforming process.

Zweckmäßigerweise kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils zunächst die Innenhaut und die Trennschicht zu einer Einheit verbunden werden, die dann in eine entsprechend ausgestaltete Außenhaut eingesetzt wird.Conveniently, in the manufacture of the component according to the invention first the inner skin and the release layer are joined together to form a unit then used in a suitably designed outer skin.

In Abwandlung der beschriebenen und gezeichneten Ausführungsbeispiele kann das Bauteil mit der erfindungsgemäß ausgebildeten, wenigstens zweischichtigen Luftisolierung an jeden Verwendungszweck angepasst werden. Das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Bauteils ist weder auf heißgasführende Leitungen noch auf Teile einer Abgasanlage noch auf abgasführende Teile von Verbrennungsmotoren beschränkt, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo ähnliche Probleme bzw. Lasten auftreten. Die zwei Luftschichten des beschriebenen Ausführungsbeispiels stellen das Minimum dar. Je nach Anwendungszweck bzw. gewünschtem Dämmungsgrad sind drei oder noch mehr Luftschichten zu verwenden, die jeweils durch Trennschichten, die bevorzugt folienartig dünn sind, gegeneinander abgegrenzt sind. Sowohl die Abstandshalterung als auch die Kompensation der Wärmedehnung kann durch andere, dem Fachmann bekannte Maßnahmen erfolgen. Weder die Außenhaut noch die Innenhaut noch die Trennschicht muss unbedingt aus Metall bestehen, auch wenn dies für den hauptsächlichen Einsatzzweck als Abgaskrümmer bevorzugt ist. Andere geeignete Materialien können ebenfalls verwendet werden.In a modification of the described and illustrated embodiments, the Component with the inventively designed, at least two-layer air insulation be adapted to any purpose. The field of application of the invention Component is neither on hot gas pipes still on parts of a Exhaust system still limited to exhaust gas-carrying parts of internal combustion engines, but can be used wherever similar problems or Loads occur. The two air layers of the described embodiment represent the minimum. Depending on the application or desired degree of insulation Use three or more layers of air, each through Separating layers, which are preferably thin like a film, are delimited against each other. Both the spacer and the compensation of thermal expansion can carried out by other measures known in the art. Neither the outer skin nor the inner skin nor the separation layer must necessarily be made of metal, too if preferred for the main use as an exhaust manifold. Other suitable materials may also be used.

Claims (18)

Wärmegedämmtes, eine bestimmte Betriebstemperatur erforderndes Bauteil, insbesondere Auslasskrümmer, Abgasrohr oder Abgasteilsystem eines Verbrennungsmotors, mit einer Innerhaut (2), einer Außenhaut (3) und einer Wärmedämmung (4) zwischen Innenhaut und Außenhaut, wobei die Wärmedämmung (4) wenigstens zwei, jeweils durch eine Trennschicht (6) voneinander getrennte Luftschichten (5a, 5b) aufweist.Thermally insulated, requiring a certain operating temperature component, in particular Exhaust manifold, exhaust pipe or exhaust gas subsystem of an internal combustion engine, with a Inner skin (2), an outer skin (3) and a thermal insulation (4) between inner skin and Outer shell, wherein the thermal insulation (4) at least two, each by a release layer (6) separate air layers (5a, 5b). Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) durch eine Folie gebildet ist.Component according to claim 1, characterized in that the separating layer (6) is formed by a film. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Metall, insbesondere aus hochwarmfestem Edelstahl, besteht.Component according to claim 2, characterized in that the film consists of metal, in particular of high-temperature stainless steel. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Materialstärke von 25 bis 150 µm aufweist.Component according to claim 2 or 3, characterized in that the film has a material thickness of 25 to 150 microns. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenund/oder die Außenhaut (2, 3) aus Metall, insbesondere aus hochwarmfestem Edelstahl, besteht.Component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner and / or the outer skin (2, 3) made of metal, in particular made of high-temperature stainless steel. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhaut (2) eine Materialstärke von 0,4 bis 1,5 mm, bevorzugt 0,4 bis 1,2 mm aufweist.Component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner skin (2) has a material thickness of 0.4 to 1.5 mm, preferably 0.4 to 1.2 mm. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (3) eine Materialstärke von 0,4 bis 2 mm aufweist.Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the outer skin (3) has a material thickness of 0.4 to 2 mm. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweist.Component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the separating layer (6) has a low surface roughness. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) durch eine Abstandshaltereinrichtung (7) im Abstand zur Innen- und/oder Außenhaut (2, 3) gehalten ist. Component according to one of claims 1 to 8, characterized in that the separating layer (6) by a spacer means (7) at a distance to the inner and / or outer skin (2, 3) is held. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshaltereinrichtung (7) in die Trennschicht (6) eingeformte Vorsprünge (8) umfasst.Component according to claim 9, characterized in that the spacer means (7) in the separating layer (6) molded-in projections (8). Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshaltereinrichtung (7) partiell angeordnete, mit Vorsprüngen versehene Bänder (9) enthält.Component according to claim 9, characterized in that the spacer device (7) contains partially arranged, provided with projections bands (9). Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhaut (2) und die Trennschicht (6) zu einer Einheit verbunden und in der Außenhaut (3) untergebracht ist.Component according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inner skin (2) and the separating layer (6) connected to form a unit and housed in the outer skin (3). Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Innenhaut (2) wenigstens eine Kompensationseinrichtung (10) zum Ausgleich einer Wärmedehnung integriert ist.Component according to one of claims 1 to 12, characterized in that in the inner skin (2) at least one compensation device (10) is integrated to compensate for thermal expansion. Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung (10) einen glatt oder einen labyrinthisch ausgebildeten Schiebesitz (11, 12) umfasst.Component according to claim 13, characterized in that the compensation device (10) comprises a smooth or a labyrinthine sliding fit (11, 12). Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung (10) einen gewellten Abschnitt (13) umfasst.Component according to claim 13, characterized in that the compensation device (10) comprises a corrugated portion (13). Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Außenhaut (3) aus Metall, eine Innenhaut (2) aus Metall und wenigstens eine Metallfolie als Trennschicht (6), die unter Ausbildung von zwei isolierenden Luftschichten (5a, 5b) im Abstand zur Innenhaut (2) und im Abstand zur Außenhaut (3) gehalten ist.Component according to one of claims 1 to 15, characterized by an outer skin (3) made of metal, an inner skin (2) made of metal and at least one metal foil as a separating layer (6), with the formation of two insulating air layers (5a, 5b) at a distance to the inner skin (2) and at a distance to the outer skin (3) is held. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhaut (2) abgasführend ausgebildet ist.Component according to one of claims 1 to 16, characterized in that the inner skin (2) is formed exhaust gas. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Innenhaut (2), Außenhaut (3) und Wärmedämmung (4) eine um eine abgasführende Struktur angeordnete Wärmdämmkapsel bilden.Component according to one of claims 1 to 16, characterized in that the inner skin (2), outer skin (3) and thermal insulation (4) form a heat-insulating capsule arranged around an exhaust-gas-conducting structure.
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